數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)第1頁/共145頁2一臺(tái)小型立式加工中心的外形圖第2頁/共145頁3數(shù)控機(jī)床本體的組成：其中，機(jī)床基礎(chǔ)件、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)以及液壓、潤(rùn)滑、冷卻等輔助裝置是構(gòu)成數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體的基本部件，其他部件則按數(shù)控機(jī)床的功能和需要選用。（1）主傳動(dòng)系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)，使刀具(或工件)產(chǎn)生主切削運(yùn)動(dòng)（2）進(jìn)給系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，使工件(或刀具)產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)定位（3）機(jī)床基礎(chǔ)件指床身、底座、立柱、滑座、工作臺(tái)等。其功用是支承機(jī)床本體的零、部件，并保證這些零、部件在切削加工過程中占有的準(zhǔn)確位置（4）實(shí)現(xiàn)某些部件動(dòng)作和某些輔助功能的裝置如液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑、冷卻以及防護(hù)、排屑等裝置（5）實(shí)現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)、分度定位的裝置和附件（6）刀庫、刀架和自動(dòng)換刀裝置（7）自動(dòng)托盤交換裝置（8）特殊功能裝置如刀具破損檢測(cè)、精度檢測(cè)和監(jiān)控裝置等第3頁/共145頁44.1概述(Introduction)

從本質(zhì)上說，數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床一樣，也是一種經(jīng)過切削將金屬材料加工成各種不同形狀零件的設(shè)備。近年來，隨著電主軸、直線電機(jī)等新技術(shù)、新產(chǎn)品在數(shù)控機(jī)床上的推廣應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)正在發(fā)生重大的變化；虛擬軸機(jī)床的出現(xiàn)和實(shí)用化，使傳統(tǒng)的機(jī)床結(jié)構(gòu)面臨著更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。第4頁/共145頁54.1概述(Introduction)⒈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、自動(dòng)化程度高。4.1.1數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)1）伺服進(jìn)給系統(tǒng)代替普通機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)；2）主軸調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸自動(dòng)變速；3）在操作上，它不像普通機(jī)床那樣，需要操作者通過手柄進(jìn)行調(diào)整和變速，操作機(jī)構(gòu)比普通機(jī)床要簡(jiǎn)單多；4）由于數(shù)控機(jī)床的大部分輔助動(dòng)作都可以通過數(shù)控系統(tǒng)的輔助技能（M技能）進(jìn)行控制，因此，常用的操作按鈕也較普通機(jī)床少。第5頁/共145頁6⒉廣泛采用高效、無間隙傳動(dòng)裝置和新技術(shù)、新產(chǎn)品1）數(shù)控機(jī)床進(jìn)行的是高速、高精度加工，在簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)的同時(shí)，對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)裝置和元件也提出了更高的要求；2）特別是隨著新材料，新工藝的普及、應(yīng)用，高速加工已經(jīng)成為目前數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向之一。⒊具有適應(yīng)無人化、柔性化加工的特殊部件1）“工藝復(fù)合化”和“功能集成化”是無人化、柔性加工的基本要求，也是數(shù)控機(jī)床最顯著的特點(diǎn)和當(dāng)前的發(fā)展方向；2）自動(dòng)換刀裝置（ATC）、動(dòng)力刀架、自動(dòng)換屑裝置、自動(dòng)潤(rùn)滑裝置等特殊機(jī)械部件是必不可少，有的機(jī)床還帶有自動(dòng)工作臺(tái)交換裝置（APC）；3）工件的自動(dòng)裝卸、自動(dòng)定位，刀具的自動(dòng)對(duì)刀、破損檢測(cè)、壽命管理，工件的自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)補(bǔ)償功能上；第6頁/共145頁7靜壓導(dǎo)軌第7頁/共145頁8⒋對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)、零部件的要求高1）對(duì)組成機(jī)床的各種零部件和控制系統(tǒng)的可靠性要求很高；2）為了提高加工效率，充分發(fā)揮機(jī)床性能，數(shù)控機(jī)床通常都能夠同時(shí)進(jìn)行粗細(xì)加工。這就要求機(jī)床既能滿足大切削量的粗加工對(duì)機(jī)床的剛度、強(qiáng)度和抗震性的要求，而且也能達(dá)到精密加工機(jī)床對(duì)機(jī)床精度的要求；3）數(shù)控機(jī)床的主軸電機(jī)的功率一般比同規(guī)格的普通機(jī)床大，主要部件和基礎(chǔ)件的加工精度通常比普通機(jī)床高，對(duì)組成機(jī)床各部件的動(dòng)、靜態(tài)性能以及熱穩(wěn)定性的精度保持性也提出了更高的要求。第8頁/共145頁94.1.2數(shù)控機(jī)床對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本要求⒈具有較高的靜、動(dòng)剛度和良好的抗振性1）機(jī)床的剛度反映了機(jī)床機(jī)構(gòu)抵抗變形的能力；2）為了滿足數(shù)控機(jī)床高效、高精度、高可靠性以及自動(dòng)化的要求，與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有更高的精剛度；3）此外，為了充分發(fā)揮機(jī)床的效率，加大切削用量，還必須提高機(jī)床的抗震性，避免切削時(shí)產(chǎn)生的共振和顫振。而提高機(jī)構(gòu)的動(dòng)剛度是提高機(jī)床抗震性的基本途徑。第9頁/共145頁10⒉具有良好的熱穩(wěn)定性1）機(jī)床的熱變性是影響機(jī)床加工精度的主要因素之一；2）在數(shù)控機(jī)床上還應(yīng)采取必要的措施，盡可能減小機(jī)床的熱變性。第10頁/共145頁11⒊具有較高的運(yùn)動(dòng)精度與良好的低速穩(wěn)定性1）利用伺服系統(tǒng)代替普通機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的主要特點(diǎn)；2）這就要求進(jìn)給系統(tǒng)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度，良好的跟蹤性能和低速穩(wěn)定性，才能對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的位置指令做出準(zhǔn)確的響應(yīng)，從而得到要求的定位精度；3）傳動(dòng)裝置的間隙直接影響著機(jī)床的定位精度，雖然在數(shù)控系統(tǒng)中可以通過間隙補(bǔ)償、單向定位等措施減小這一影響，但不能完全消除；4）特別是對(duì)于非均勻間隙，必須機(jī)械消除間隙措施，才能得到較好的解決。第11頁/共145頁12⒋具有良好的操作、安全防護(hù)性能1）在大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床上，刀具和工件的裝卸、刀具和夾具的調(diào)整、還需要操作者完成，機(jī)床的維修更離不開人，而且由于加工效率的提高，數(shù)控機(jī)床的工件裝卸可能比普通機(jī)床更加頻繁，因此良好的操作性能是數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)必須的問題；2）數(shù)控機(jī)床是一種高度自動(dòng)化的加工設(shè)備，動(dòng)作復(fù)雜，高速運(yùn)動(dòng)部件較多，對(duì)機(jī)床動(dòng)作互鎖、安全防護(hù)性能的要求也比普通機(jī)床要高很多；3）同時(shí)，數(shù)控機(jī)床一般都有高壓、大流量的冷卻系統(tǒng)，為了防止切屑、冷卻液的飛濺，數(shù)控機(jī)床通常都應(yīng)采用封閉和半封閉的防護(hù)形式，增加防護(hù)性能。第12頁/共145頁134.1.3提高數(shù)控機(jī)床性能的措施⒈合理選擇數(shù)控機(jī)床的總體布局1）在數(shù)控機(jī)床上采用斜床身布局，可以改善受力情況，提高床身的剛度，提高操作性能；2）臥式數(shù)控鏜床采用T形床身，框架結(jié)構(gòu)雙立柱、立柱移動(dòng)式（Z）布局，可以減少機(jī)床的機(jī)構(gòu)層次，大大提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度和加工精度，精度的穩(wěn)定性好，熱變性的影響?。?）在高速加工機(jī)床上，則通過采用固定門式立柱、“箱中箱”等特殊的布局型式，以最大限度地降低運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，提高機(jī)床部件的快進(jìn)速度和加速度，以滿足高速加工的需要。第13頁/共145頁14⒉提高結(jié)構(gòu)件的剛度1）改善機(jī)械部分構(gòu)件；2）合理設(shè)計(jì)截面、布置筋板；3）利用平衡機(jī)構(gòu)補(bǔ)償部件變形；3）改善構(gòu)件間的連接形式；4）縮短傳動(dòng)鏈，適當(dāng)加大傳動(dòng)軸，對(duì)軸承和滾珠絲杠等傳動(dòng)部件進(jìn)行預(yù)緊等等。第14頁/共145頁15⒊提高機(jī)床抗振性1）對(duì)機(jī)床高速轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)部件，特別是主軸部件進(jìn)行動(dòng)平衡，對(duì)傳動(dòng)部件進(jìn)行消隙處理，減少機(jī)床激振力；2）提高機(jī)械部件的靜態(tài)剛度和固有頻率，避免共振，在機(jī)床結(jié)構(gòu)大件中充填阻尼材料，在大件表面噴涂阻尼涂層抑制振動(dòng)等。⒋改善機(jī)床的熱變形1）采用伺服電動(dòng)機(jī)和主軸電動(dòng)機(jī)、變量泵等低能耗執(zhí)行元件，減少熱量的產(chǎn)生；2）簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少傳動(dòng)齒輪、傳動(dòng)軸，采用低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌和軸承，減少摩擦發(fā)熱；3）改善散熱條件、增加隔熱措施、對(duì)發(fā)熱部件（如：電柜、絲桿、油箱等）進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，吸收熱量，避免溫升；4）采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使部件均勻受熱；對(duì)切削部分采用高壓、大流量冷卻系統(tǒng)冷卻等等。第15頁/共145頁16⒌保證運(yùn)動(dòng)的精度和穩(wěn)定性1）減小運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，采用低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌和軸承以及滾珠絲桿副、靜壓導(dǎo)軌、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌等高效執(zhí)行部件，可以減少系統(tǒng)的摩擦阻力，提高運(yùn)動(dòng)精度，避免低速爬行；2）縮短傳動(dòng)鏈，對(duì)傳動(dòng)部件進(jìn)行消隙，對(duì)軸承和滾珠絲杠進(jìn)行預(yù)緊，可以減消機(jī)械系統(tǒng)的間隙和非線性影響，提高機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性。第16頁/共145頁17數(shù)控車床的常用布局形式臥式數(shù)控鏜銑床（臥式加工中心）的常用布局形式

立式數(shù)控鏜銑床（立式加工中心）的常用布局形式數(shù)控機(jī)床交換工作臺(tái)的布局高速加工數(shù)控機(jī)床的特殊布局

虛擬軸機(jī)床4.2數(shù)控機(jī)床的總體布局第17頁/共145頁184.2.1數(shù)控車床的常用布局形式第18頁/共145頁19數(shù)控車床常用的布局型式有平床身、斜床身和立式床身三種

一般經(jīng)濟(jì)型、普及型數(shù)控車床以及數(shù)控化改造的車床，大都采用平床身；

床身工藝性好，便于導(dǎo)軌面的加工，下部空間小，故排屑困難，刀架水平放置加大了機(jī)床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸第19頁/共145頁20性能要求較高的中、小規(guī)格數(shù)控車床采用斜床身（有的機(jī)床是用平床身斜滑板）；

斜床身布局的數(shù)控車床（導(dǎo)軌傾斜角度通常選擇45o、60o或75o），不僅可以在同等條件下，改善受力情況，而且還可通過整體封閉式截面設(shè)計(jì)，提高床身的剛度，特別是自動(dòng)換刀裝置的布置較方便。而平床身、立式床身布局的機(jī)床受結(jié)構(gòu)的局限，布置比較困難，限制了機(jī)床性能。因此，斜床身布局的數(shù)控車床應(yīng)用比較廣泛。第20頁/共145頁21

大型數(shù)控車床或精密數(shù)控車床采用立式床身第21頁/共145頁22在其他方面則三種布局方式各具特點(diǎn)：當(dāng)主軸箱因發(fā)熱使主軸軸線產(chǎn)生熱變位時(shí)，斜床身的影響最??；斜床身、立式床身因排屑性能好，受切屑產(chǎn)生的熱量影響也小。

斜床身的觀察角度最好、工件的調(diào)整比較方便，平床身有刀架的影響，加上滑板突出前方，觀察、調(diào)整較困難。但是，在大型工件和刀具的裝卸方面，平床身因其敞開面寬，起吊容易，裝卸比較方便。立式床身因切屑可以自由落下，排屑性能最好，導(dǎo)軌防護(hù)也較容易。在防護(hù)罩的設(shè)計(jì)上，斜床身和立式床身結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，安裝也比較方便；而平床身則需要三面封閉，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造成本較高。（1）熱穩(wěn)定性：（2）運(yùn)動(dòng)精度：（3）加工制造：（4）操作、防護(hù)、排屑性能：平床身布局由于刀架水平布置，不受刀架、滑板自重的影響，容易提高定位精度；立式床身受自重的影響最大，有時(shí)需要加平衡機(jī)構(gòu)消除；斜床身介于兩者之間平床身的加工工藝性較好，部件精度較容易保證。另外，平床身機(jī)床工件重量產(chǎn)生的變形方向豎直向下，它和刀具運(yùn)動(dòng)方向垂直，對(duì)加工精度的影響較?。涣⑹酱采懋a(chǎn)生的變形方向正好沿著運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)精度影響最大；斜床身介于兩者之間。第22頁/共145頁234.2.2

臥式數(shù)控鏜銑床（臥式加工中心）的常用布局型式

臥式數(shù)控鏜銑床（臥式加工中心）的布局形式種類較多，其主要區(qū)別在于立柱的結(jié)構(gòu)形式和X、Z坐標(biāo)軸的移動(dòng)方式上（Y軸移動(dòng)方式無區(qū)別）；常用的立柱有：

單立柱、框架結(jié)構(gòu)雙立柱第23頁/共145頁24Z坐標(biāo)軸的移動(dòng)方式為工作臺(tái)移動(dòng)式單立柱圖a所示的結(jié)構(gòu)形式和傳統(tǒng)的臥式鏜床相同，多見于早期的數(shù)控機(jī)床或數(shù)控化改造的機(jī)床；第24頁/共145頁25框架結(jié)構(gòu)雙立柱Z坐標(biāo)軸的移動(dòng)方式為工作臺(tái)移動(dòng)式圖b所示的采用了框架結(jié)構(gòu)雙立柱、Z軸工作臺(tái)移動(dòng)式布局，為中、小規(guī)格臥式數(shù)控機(jī)床常用的結(jié)構(gòu)形式第25頁/共145頁26Z坐標(biāo)軸的移動(dòng)方式為立柱移動(dòng)式圖c所示的采用了T形床身、框架結(jié)構(gòu)雙立柱、立柱移動(dòng)式（Z軸）布局，為臥式數(shù)控機(jī)床典型結(jié)構(gòu)第26頁/共145頁27

框架結(jié)構(gòu)雙立柱采用了對(duì)稱結(jié)構(gòu)，主軸箱在兩立柱中間上、下運(yùn)動(dòng)，與傳統(tǒng)的主軸箱側(cè)掛式結(jié)構(gòu)相比，大大提高了結(jié)構(gòu)剛度。另外，主軸箱是從左、右兩導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)進(jìn)行定位，熱變形產(chǎn)生的主軸軸線變位被限制在垂直方向上，因此，可以通過對(duì)Y軸的補(bǔ)償，減小熱變形的影響。

T形床身布局可以使工作臺(tái)沿床身做X方向移動(dòng)時(shí)，在全行程范圍內(nèi)，工作臺(tái)和工件完全支承在床身上，因此，機(jī)床剛性好，工作臺(tái)承載能力強(qiáng)，加工精度容易得到保證。而且，這種結(jié)構(gòu)可以很方便地增加X軸行程，便于機(jī)床品種的系列化、零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。

立柱移動(dòng)式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：Z軸的移動(dòng)在后床身上進(jìn)行，進(jìn)給力與軸向切削力在同一平面內(nèi)，承受的扭曲力小，鏜孔和銑削精度高。此外，由于Z軸的導(dǎo)軌的承重是固定不變的，它不隨工件重量改變而改變，因此有利于提高Z軸的定位精度和精度的穩(wěn)定性。但是，由于Z軸承載較重，對(duì)提高Z軸的快速性不利，這是其不足之處。第27頁/共145頁28

為了提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，在臥式加工中心上經(jīng)常采用雙交換工作臺(tái)，進(jìn)行工件的自動(dòng)交換，以進(jìn)一步縮短輔助加工時(shí)間，提高機(jī)床效率。如圖所示是兩種常見的雙交換工作臺(tái)布局型式。

移動(dòng)式雙交換工作臺(tái)布局圖，用于工作臺(tái)移動(dòng)式臥式加工中心回轉(zhuǎn)式雙交換工作臺(tái)布局圖，用于立柱移動(dòng)式臥式加工中心第28頁/共145頁294.2.3立式數(shù)控鏜銑床（立式加工中心）的常用布局型式

立式數(shù)控鏜銑床（立式加工中心）的布局型式與臥式數(shù)控鏜銑床類似，如圖所示是三種常見的布局型式。工作臺(tái)移動(dòng)式X、Y、Z軸立柱移動(dòng)式Z軸立柱移動(dòng)式第29頁/共145頁30

此外還有一種通過雙工作區(qū)，進(jìn)行工件交換的布局型式，如圖4.5所示，多用于長(zhǎng)床身（X軸行程在1500mm以上），且X、Y、Z三軸都是立柱移動(dòng)式（圖4.4c）的立式加工中心上第30頁/共145頁314.2.4

高速加工數(shù)控機(jī)床的特殊布局

高速加工機(jī)床需要同時(shí)滿足高移動(dòng)速度，高加速度、高主軸轉(zhuǎn)速以及高精度加工的要求，因而在結(jié)構(gòu)布局上需要集高速、高精度和高剛度于一體。在機(jī)床總體布局上必須考慮到高速加工機(jī)床的特殊性圖a是立式數(shù)控機(jī)床采用固定門式立柱的布局型式圖b是臥式數(shù)控機(jī)床采用“內(nèi)外雙框架”即“箱中箱”（boxinbox）結(jié)構(gòu)的布局型式滑座滑枕第31頁/共145頁324.2.5

虛擬軸機(jī)床

虛擬軸機(jī)床常見的布局有立式和臥式兩種。如圖4.7所示，虛擬軸機(jī)床的基座與主軸平臺(tái)間是由六根桿并聯(lián)地連接的，稱之為并聯(lián)結(jié)構(gòu)。X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)由六根桿同時(shí)相互耦合地作伸縮運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)圖a所示為立式虛擬軸數(shù)控機(jī)床圖b所示為臥式虛擬軸數(shù)控機(jī)床。第32頁/共145頁33措施1

支承件截面形狀盡量選用抗彎的方截面和抗扭的圓截面或采用封閉型床身封閉整體箱形結(jié)構(gòu)第33頁/共145頁34

左圖為臥式加工中心的框式立柱結(jié)構(gòu)。從正面看，立柱截面成封閉框形．輪廓尺寸大，保證以高扭轉(zhuǎn)剛度承受切削扭矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)載荷。

從俯視截面看，兩個(gè)立柱截面形狀為矩形，矩形尺寸大的方向正是因切削力作用產(chǎn)生大的彎曲載荷的方向。這種結(jié)構(gòu)具有很高的剛度。第34頁/共145頁35措施2

合理布置支承件隔板的筋條

隔板的作用是將作用于支承板的局部載荷傳遞給其它壁板，從而使整個(gè)支承件承受載荷，提高支承件的自身剛度。“T”形隔板連接，主要提高水平面抗彎剛度，對(duì)提高垂直面抗彎剛度和抗扭剛度不顯著，多用在剛度要求不高的床身上。第35頁/共145頁36“W”形隔板，能較大地提高水平面上的抗彎抗扭剛度，對(duì)中心距超過1500mm的長(zhǎng)床身，效果最為顯著“”形隔板，在垂直面和水平面上的抗彎剛度都比較高，鑄造性能好，在大中型車床上應(yīng)用較多第36頁/共145頁37斜向拉筋，床身剛度最高，排屑容易第37頁/共145頁38

測(cè)出受力點(diǎn)的相對(duì)變形的大小和方向，或者預(yù)知構(gòu)件的變形規(guī)律，就可采取補(bǔ)償變形的方法消除受力變形的影響第38頁/共145頁39連接剛度:支承件在連接處抵抗變形的能力。第39頁/共145頁40主軸冷卻風(fēng)管對(duì)機(jī)床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻第40頁/共145頁41對(duì)稱結(jié)構(gòu)立柱第41頁/共145頁424.3數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)1、定義、功用、組成定義：主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)：指驅(qū)動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。主軸：指帶動(dòng)刀具和工件旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生切削運(yùn)動(dòng)且消耗功率最大的運(yùn)動(dòng)軸。功用：傳遞動(dòng)力：傳遞切削加工所需要的動(dòng)力傳遞運(yùn)動(dòng)：傳遞切削加工所需要的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制：控制主運(yùn)動(dòng)的大小方向開停組成：動(dòng)力源：電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)：定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、變速裝置運(yùn)動(dòng)控制裝置:離合器、制動(dòng)器等執(zhí)行件：主軸4.3.1主傳動(dòng)的基本要求和變速方式第42頁/共145頁432、對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)要求⑴主軸一般都要求能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速；1∶（100～1000）的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍和1∶10的恒功率調(diào)速范圍⑵要求機(jī)床主軸系統(tǒng)必須具有足夠高的轉(zhuǎn)速和足夠大的功率，以適應(yīng)高速、高效的加工需⑶為了降低噪聲、減輕發(fā)熱、減少振動(dòng)，主傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少傳動(dòng)件⑷在加工中心上，還必須具有安裝刀具和刀具交換所需的自動(dòng)夾緊裝置，以及主軸定向準(zhǔn)停裝置，以保證刀具和主軸、刀庫、機(jī)械手的正確嚙合⑸為了擴(kuò)大機(jī)床功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)C軸位置（主軸回轉(zhuǎn)角度）的控制，主軸還需要安裝位置檢測(cè)裝置，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸位置的控制第43頁/共145頁443、主傳動(dòng)的無級(jí)變速通常有以下三種方法：⑴采用交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速傳動(dòng)，在早期的數(shù)控機(jī)床或大型數(shù)控機(jī)床（主軸功率超過100kw）上，也有采用直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的情況。⑵在經(jīng)濟(jì)型、普及型數(shù)控機(jī)床上，為了降低成本，可以采用變頻器帶變頻電機(jī)或普通交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速的方式。⑶在高速加工機(jī)床上，廣泛使用主軸和電機(jī)一體化的新穎功能部件——電主軸。電主軸的電機(jī)轉(zhuǎn)子和主軸一體，無需任何傳動(dòng)件，可以使主軸達(dá)到數(shù)萬轉(zhuǎn)、甚至十幾萬轉(zhuǎn)的高速第44頁/共145頁45數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的四種配置方式(a)齒輪變速；(b)帶傳動(dòng)；(c)兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)；(d)調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)

4.3.2主軸的聯(lián)接型式第45頁/共145頁46⒈用輔助機(jī)械變速機(jī)構(gòu)聯(lián)接▲應(yīng)用于大、中型數(shù)控機(jī)床上，目的是使主軸在低速時(shí)獲得大扭矩和擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍，滿足機(jī)床重切削時(shí)對(duì)扭矩的要求?！ǔ２捎?-3級(jí)齒輪變速。主軸電動(dòng)機(jī)（1）電動(dòng)機(jī)+變速齒輪+主軸第46頁/共145頁47額定扭矩140N.m，額定轉(zhuǎn)速1500rpm，22KW的交流無級(jí)變速電動(dòng)機(jī)，經(jīng)過機(jī)械變速后的扭矩、功率曲線第47頁/共145頁48（2）用兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸傳動(dòng)

高速時(shí)，由一個(gè)電機(jī)通過帶傳動(dòng)；低速時(shí)，由另一個(gè)電機(jī)通過齒輪傳動(dòng)，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，使恒功率區(qū)增大，擴(kuò)大了變速范圍，避免了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠且電機(jī)功率不能充分利用的問題。

第48頁/共145頁492.定傳動(dòng)比的聯(lián)接型式（1）無級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)+帶傳動(dòng)+主軸小型數(shù)控機(jī)床中一般采用同步齒形帶，多見于數(shù)控車床。減少了噪聲和振動(dòng)TND360型數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)第49頁/共145頁50主軸電動(dòng)機(jī)小型數(shù)控機(jī)床中一般采用同步齒形帶，多見于數(shù)控車床。減少了噪聲和振動(dòng)第50頁/共145頁51

大大簡(jiǎn)化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出的扭矩小，電機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸的精度影響較大。

（2）調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸傳動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)式，小型數(shù)控機(jī)床中，輸出扭矩小

第51頁/共145頁523.采用電主軸（Electrospindle,MotorSpindle)主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸合而為一，傳動(dòng)鏈為零，又稱“零傳動(dòng)”。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)輕、慣性小、高轉(zhuǎn)速、高精度、高功率，高剛度，結(jié)構(gòu)緊湊。

應(yīng)用：高速數(shù)控機(jī)床第52頁/共145頁53電主軸結(jié)構(gòu)第53頁/共145頁54結(jié)構(gòu)軸殼：通常將軸承座孔直接設(shè)計(jì)在軸殼上。電主軸為加裝電動(dòng)機(jī)定子，必須開放一端。大型或特種電主軸，為方便制造、節(jié)省材料，可將軸殼兩端均設(shè)計(jì)成開放型。轉(zhuǎn)軸：成品轉(zhuǎn)軸的形位公差和尺寸精度要求都很高。且必須對(duì)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)平衡。

軸承：高速精密軸承。具有高速性能好、動(dòng)載荷承載能力高、潤(rùn)滑性能好、發(fā)熱量小等優(yōu)點(diǎn)。定子與轉(zhuǎn)子：定子由具有高磁導(dǎo)率的優(yōu)質(zhì)矽鋼片疊壓而成，疊壓成型的定子內(nèi)腔帶有沖制嵌線槽。定子通過一個(gè)冷卻套固裝在電主軸的殼體上。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、鼠籠、轉(zhuǎn)軸三部分組成。位于前后軸承之間，用熱壓裝配法與主軸產(chǎn)生過盈配合，用由過盈力傳遞扭矩。第54頁/共145頁55發(fā)熱問題的解決熱源：內(nèi)置電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和主軸軸承的發(fā)熱?？捎醚h(huán)切削液冷卻。電主軸內(nèi)置電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與散熱第55頁/共145頁564.3.2

主軸部件的支承⒈主軸軸承主軸組件包括主軸、主軸軸承、傳動(dòng)零件等一般采用滾動(dòng)軸承軸承類型：（a）錐孔雙列圓柱滾子軸承：

內(nèi)圈為1：12的錐孔，當(dāng)內(nèi)圈沿錐形軸軸向移動(dòng)時(shí)，內(nèi)圈脹大，可以調(diào)整滾道間隙。滾子與內(nèi)外圈線性接觸，承載能力大，剛性好。允許極限轉(zhuǎn)速較高。對(duì)箱體孔、主軸頸的加工精度要求高，且只能承受徑向載荷。第56頁/共145頁57（b）雙列推力向心球軸承接觸角為60°。球徑小、數(shù)量多，允許轉(zhuǎn)速高，軸向剛度較高，能承受雙向軸向載荷。該種軸承一般與雙列圓柱滾子軸承配套用作主軸的前支承。第57頁/共145頁58（c）雙列圓錐滾子軸承。

這種軸承的特點(diǎn)是內(nèi)、外列滾子數(shù)量相差一個(gè)，能使振動(dòng)頻率不一致，因此，可以改善軸承的動(dòng)態(tài)性能。軸承可以同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，通常用作主軸的前支承。第58頁/共145頁59（d）帶凸肩的雙列圓錐滾子軸承。結(jié)構(gòu)和圖（c）相似，特點(diǎn)是滾子被做成空心，故能進(jìn)行有效潤(rùn)滑和冷卻；此外，還能在承受沖擊載荷時(shí)產(chǎn)生微小變形，增加接觸面積，起到有效吸振和緩沖作用。第59頁/共145頁60第60頁/共145頁612.軸承的配置（a）后端定位：推力軸承布置在后支承兩側(cè)，并承受雙向軸向載荷。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化主軸端部結(jié)構(gòu)，缺點(diǎn)：主軸熱膨脹，向前端伸長(zhǎng)或橫向彎曲，影響精度。（b）前后兩端定位：推力軸承布置在前、后支承的兩外側(cè)，軸向載荷分別由前后支承承受。軸向間隙一般由后端調(diào)整。在主軸受熱伸長(zhǎng)時(shí)，會(huì)改變支承的軸向、徑向間隙，影響加工精度。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮對(duì)主軸的自動(dòng)預(yù)緊。第61頁/共145頁62(c)(d)均采用前端定位，推力軸承布置在前支承，軸向載荷由前支承承受。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)剛度較高；主軸受熱伸長(zhǎng)，不會(huì)影響加工精度。圖(c)的推力軸承安裝在前支承兩側(cè)，會(huì)增加主軸的懸伸長(zhǎng)度，對(duì)提高剛度不利。圖(d)推力軸承均布置在前支承內(nèi)側(cè)，主軸的懸伸長(zhǎng)度小，剛度大。但前支承結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，一般用于高速精密數(shù)控機(jī)床。第62頁/共145頁63常見主軸軸承支承形式:

1）前支撐采用雙列短圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支撐采用成對(duì)向心推力球軸承?？商岣咧鬏S的綜合剛度，滿足強(qiáng)力切削的要求。普遍用于各類數(shù)控機(jī)床主軸。第63頁/共145頁64

2）前支撐采用高精度雙列向心推力球軸承。向心推力軸承有良好的高速性，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r／min，但承載能力小，適于高速、輕載、高精密的數(shù)控機(jī)床主軸。

第64頁/共145頁65

3）前后支撐分別采用雙列和單列圓錐滾子軸承。徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，其安裝、調(diào)整性能好，但限制了主軸轉(zhuǎn)速和精度，因此可用于中等精度、低速、重載的數(shù)控機(jī)床的主軸。

第65頁/共145頁664.3.4

主軸部件結(jié)構(gòu)機(jī)床主軸部件的結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的機(jī)床有較大的差別。主軸組件的分析方法：軸承類型、軸承配置、軸向力傳遞方式、軸承間隙調(diào)整方法。第66頁/共145頁67數(shù)控車床主軸組件圖熱調(diào)整套擋圈擋圈擋圈卡盤過渡盤第67頁/共145頁684.4數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)4.4.1

數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求協(xié)助完成加工表面的成形運(yùn)動(dòng)，傳遞所需的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力1、進(jìn)給系統(tǒng)的功用2、傳統(tǒng)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)與數(shù)控伺服進(jìn)給系統(tǒng)的區(qū)別傳統(tǒng)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)：多采用一個(gè)電機(jī)，執(zhí)行件之間采用大量的齒輪傳動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)外傳動(dòng)鏈的各種傳動(dòng)比要求。故傳動(dòng)鏈很長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜數(shù)控伺服進(jìn)給系統(tǒng)：每一個(gè)運(yùn)動(dòng)都由單獨(dú)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)鏈大大縮短，傳動(dòng)件大大減少，有利于減少傳動(dòng)誤差，提高傳動(dòng)精度第68頁/共145頁69工作臺(tái)導(dǎo)軌副3、進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分的組成傳動(dòng)機(jī)構(gòu):

齒輪傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)變換：絲杠螺母副、蝸桿齒條副、齒輪齒條副等導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：導(dǎo)軌（滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)+運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)+導(dǎo)向機(jī)構(gòu)+執(zhí)行件（工作臺(tái)）第69頁/共145頁704、數(shù)控機(jī)床對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求可以概括如下：⒈提高傳動(dòng)部件的剛度措施1

保證部件加工精度措施2

在傳動(dòng)鏈中加入減速齒輪—減小脈沖當(dāng)量，提高傳動(dòng)精度措施3

預(yù)緊支撐絲杠的軸承—消除齒輪、蝸輪傳動(dòng)件間隙措施4

預(yù)緊消除滾珠絲杠螺母副的軸向傳動(dòng)間隙⒉減小傳動(dòng)部件的慣量快速響應(yīng).減小運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量第70頁/共145頁71⒊減小傳動(dòng)部件的間隙設(shè)計(jì)中可采用消除間隙的聯(lián)軸節(jié)及有消除間隙措施的傳動(dòng)副等方法⒋減小系統(tǒng)的摩擦阻力提高機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能和運(yùn)動(dòng)精度，減少爬行現(xiàn)象響應(yīng)性能：是進(jìn)給伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的指標(biāo)，反映了系統(tǒng)的跟蹤精度運(yùn)動(dòng)精度：是機(jī)床的主要零、部件在以工作狀態(tài)的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度爬行現(xiàn)象：低速時(shí)運(yùn)動(dòng)不平衡的現(xiàn)象稱為爬行現(xiàn)象第71頁/共145頁724.4.2數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本形式直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：通過絲杠螺母副（通常為滾珠絲杠或靜壓絲杠），將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)。通過齒輪、齒條副，將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)。直接采用直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：除少數(shù)情況直接使用齒輪副外，一般都采用蝸輪蝸桿副。第72頁/共145頁73下面詳細(xì)介紹以下幾種傳動(dòng)形式：⒈滾珠絲杠螺母副⒉靜壓絲杠螺母副⒊靜壓蝸桿蝸條副和齒輪齒條副⒋直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)第73頁/共145頁744.4.3

滾珠絲杠螺母副的原理⒈滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理絲杠滾珠螺母作用：將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)第74頁/共145頁75內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠

1）內(nèi)循環(huán)?？柯菽干习惭b的反向器接通相鄰滾道，使?jié)L珠成單圈循環(huán)。反向器的數(shù)目與滾珠圈數(shù)相等。滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小，但制造精度要求高；結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，摩擦損失小，制造較困難，適用于高靈敏、高精度的進(jìn)給系統(tǒng)。

第75頁/共145頁762)外循環(huán)通過螺母外表面上的螺旋槽或插管返回絲杠螺母間重新進(jìn)入循環(huán)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、工藝性好，承載能力較高，但徑向尺寸較大且彎管兩端耐磨性和抗沖擊性差。

應(yīng)用最為廣泛，也可用于重載傳動(dòng)系統(tǒng)。

第76頁/共145頁772.滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊軸向間隙通常是指絲杠和螺母無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲杠和螺母之間的最大軸向竄動(dòng)。除了結(jié)構(gòu)本身的游隙之外，在施加軸向載荷之后，軸向間隙還包括彈性變形所造成的竄動(dòng)?？赏ㄟ^預(yù)緊方法消除滾珠絲杠副間隙，并能提高剛度。滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊方法與螺母的型式有關(guān)。注意點(diǎn)：預(yù)緊雖能有效地減小彈性變形所帶來的軸向位移，但過大的預(yù)加載荷將增加摩擦阻力，降低傳動(dòng)效率，并使壽命大為縮短。所以，一般要經(jīng)過幾次調(diào)整才能保證機(jī)床在最大軸向載荷下，既消除了間隙，又能靈活運(yùn)轉(zhuǎn)。

第77頁/共145頁78（1）對(duì)于單螺母結(jié)構(gòu)主要有三種：①增加滾珠直徑預(yù)緊法：通過篩選滾珠的大小進(jìn)行預(yù)緊。無須改變螺母結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單可靠，剛性好；但它一旦配好，就不能對(duì)預(yù)緊力再進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)預(yù)緊力調(diào)整為額定動(dòng)載荷的2%~5%左右時(shí)，性能最佳；允許最大預(yù)緊力為額定動(dòng)載荷的5%。第78頁/共145頁79②螺母夾緊預(yù)緊法(b)：在螺母的單邊加工一條0.1mm的縫隙，再通過螺栓4徑向夾緊螺母。制造成本低，調(diào)整簡(jiǎn)單，預(yù)緊力調(diào)整方便；但對(duì)剛性有一定的影響。允許最大預(yù)緊力為額定動(dòng)載荷的5%。第79頁/共145頁80③整體螺母變位螺距預(yù)緊法(c)：通過整體螺母變位，使螺母相對(duì)絲杠產(chǎn)生軸向移動(dòng)。這種方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便；但調(diào)整位移量不易。第80頁/共145頁81（2）對(duì)于雙螺母結(jié)構(gòu)的滾珠絲杠螺母副雙螺母墊片預(yù)緊法(a)。它是通過改變墊片4的厚度，使螺母相對(duì)絲杠產(chǎn)生軸向位移的預(yù)緊方法。這種方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，剛性好；但調(diào)整較費(fèi)時(shí)間，且不能在工作中隨意調(diào)整。最大預(yù)緊力不能超過平均工作載荷的33%，通常調(diào)整為額定動(dòng)載荷的10%左右。第81頁/共145頁82雙螺母螺紋調(diào)隙式：螺母1的外端有凸緣。螺母2外端無凸緣但有螺紋，并伸出套筒外，并用兩個(gè)圓螺母4固定。旋轉(zhuǎn)圓螺母4，即可消除間隙，并產(chǎn)生預(yù)緊力。第82頁/共145頁83齒差調(diào)隙式：在兩個(gè)螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪，齒數(shù)差為1，兩個(gè)內(nèi)齒圈的齒數(shù)與外齒輪的齒數(shù)相同，并用螺釘和銷釘固定在螺母座的兩端。調(diào)整時(shí)先將內(nèi)齒圈取出，根據(jù)間隙的大小使兩個(gè)螺母分別在相同方向轉(zhuǎn)過一個(gè)齒或幾個(gè)齒，使螺母在軸向彼此移近(或移開)相應(yīng)的距離。

第83頁/共145頁84（1）滾珠絲杠螺母副的支承軸承雙向推力角接觸球軸承.接觸角為60°，可以承受雙向軸向載荷和徑向載荷，裝配后可以采用精密鎖緊螺母預(yù)緊。軸向剛度高，可以承受很大的軸向力，是一種專門用于滾珠絲杠的軸承。4、滾珠絲杠螺母副的安裝第84頁/共145頁85滾針/推力圓柱滾子軸承。由一個(gè)帶向心和推力滾道的外圈、兩個(gè)軸圈、一個(gè)內(nèi)圈、一個(gè)向心滾針、兩個(gè)推力圓柱滾珠等組成的完整單元?？梢猿惺茈p向軸向載荷和徑向載荷，裝配后可以采用精密鎖緊螺母預(yù)緊?？梢猿惺芎艽蟮妮S向力，也是一種專門用于滾珠絲杠的軸承。第85頁/共145頁86特點(diǎn)：其承載能力小，軸向剛度低，僅適用于短絲杠，如用于數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控機(jī)床的垂直坐標(biāo)中一端裝止推軸承（固定—自由式）（2）滾珠絲杠螺母副的支承方式第86頁/共145頁87一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承（固定—支承式）特點(diǎn)：當(dāng)滾珠絲杠較長(zhǎng)時(shí)，一端裝止推軸承固定，另一端由深溝球軸承支承/向心球軸承。為了減小絲杠熱變的影響，止推軸承的安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離熱源（如液壓馬達(dá)），用于絲杠較長(zhǎng)的情況。第87頁/共145頁88兩端裝止推軸承特點(diǎn)：將止推軸承裝在滾珠絲杠兩端，并施加預(yù)緊拉力，有助于提高傳動(dòng)剛度，但對(duì)熱伸長(zhǎng)較敏感。當(dāng)絲杠熱變形伸長(zhǎng)時(shí)，將使軸承去載，產(chǎn)生軸向間隙。第88頁/共145頁89兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承（固定—固定式）特點(diǎn)：為了提高剛度，絲杠兩端采用雙重支承，如止推軸承和深溝球軸承，并施加預(yù)緊拉力。這種結(jié)構(gòu)形式，可使絲杠的熱變形能轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力。傳動(dòng)剛度高，結(jié)構(gòu)和安裝工藝復(fù)雜，適用于長(zhǎng)絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠。第89頁/共145頁90（3）滾珠絲杠螺母副的制動(dòng)方式

當(dāng)機(jī)床工作時(shí)，電磁鐵線圈吸住壓簧，打開摩擦離合器。此時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)接受控制機(jī)的指令脈沖后，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過液壓轉(zhuǎn)矩放大器及減速齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)滾珠絲杠副轉(zhuǎn)換為主軸箱的垂直移動(dòng)。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電磁鐵線圈亦同時(shí)斷電，在彈簧作用下摩擦離合器壓緊，使得滾珠絲杠不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸箱就不會(huì)因自重而下沉了。

由于滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率高，無自鎖作用（特別是滾珠絲杠處于垂直傳動(dòng)時(shí)），為防止因自重下降，必須裝有制動(dòng)裝置數(shù)控臥式銑鏜床主軸箱進(jìn)給絲杠的制動(dòng)裝置第90頁/共145頁91（4）滾珠絲杠螺母副的安裝注意事項(xiàng)

滾珠絲杠螺母副僅用于承受軸向負(fù)荷，徑向力、彎矩會(huì)使?jié)L珠絲杠螺母副附加表面接觸應(yīng)力等負(fù)荷，從而可能造成絲杠的永久性損壞。正確的安裝是有效維護(hù)的前提。因此，滾珠絲杠螺母副安裝到機(jī)床時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）絲杠的軸線必須和與之配套導(dǎo)軌的軸線平行，機(jī)床的兩端軸承座與螺母座必須三點(diǎn)成一線。2）安裝螺母時(shí)，盡量靠近支撐軸承。3）安裝支撐軸承時(shí)，盡量靠近螺母安裝部位。4）滾珠絲杠安裝到機(jī)床時(shí)，請(qǐng)不要把螺母從絲杠上卸下來。如必須卸下來時(shí)要使用輔助套，否則裝卸時(shí)滾珠有可能脫落。第91頁/共145頁92螺母裝卸時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）輔助套外徑應(yīng)小于絲杠底徑0.1—0.2mm。（2）輔助套在使用中必須靠緊絲杠螺紋軸肩。（3）卸裝時(shí)，不可用力過大，以免螺母損壞。（4）裝入安裝孔時(shí)要避免撞擊和偏心。第92頁/共145頁93（5）滾珠絲杠螺母副的防護(hù)1）若滾珠絲杠副在機(jī)床上外露，則應(yīng)采用防護(hù)罩防護(hù)：用螺旋彈簧鋼帶套管、伸縮套管、錐形套管、折疊式的塑料或人造革等形式的防腐蝕及耐油的防護(hù)罩。

2）如果滾珠絲杠副處于隱蔽的位置，則可采用密封圈對(duì)螺母進(jìn)行密封，裝在滾珠螺母的兩端。密封圈有接觸式和非接觸式兩種。第93頁/共145頁94（5）滾珠絲杠螺母副的潤(rùn)滑可用潤(rùn)滑劑來提高耐磨性和傳動(dòng)效率，潤(rùn)滑劑可分潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂兩大類。

1）潤(rùn)滑油：為一般機(jī)油或90號(hào)—180號(hào)透平油、140號(hào)或N15主軸油，通過殼體上的油孔注入螺母的內(nèi)部。

2）潤(rùn)滑脂：一般采用鋰基潤(rùn)滑脂，通常加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)。（6）滾珠絲杠螺母副的使用滾珠絲杠螺母副在使用時(shí)應(yīng)注意：

1）滾珠螺母應(yīng)在有效行程內(nèi)運(yùn)行，必要時(shí)，在行程兩端配置限位裝置，以避免螺母行程脫離絲杠軸而使?jié)L珠脫落；

2）滾珠絲杠副由于傳動(dòng)效率高，不能自鎖，在用于垂直方向時(shí)，必須防止傳動(dòng)停止或電動(dòng)機(jī)失電后，因部件自重而產(chǎn)生的逆?zhèn)鲃?dòng)。

3）滾珠絲杠螺母副的正常工作環(huán)境溫度范圍為－60——60度。

第94頁/共145頁955、滾珠絲杠副的參數(shù)名義直徑d0：滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)包絡(luò)滾珠球心的圓珠直徑。它與承載能力直接有關(guān)，常用范圍為30—80mm，一般大于絲杠長(zhǎng)度的1/35—/30.行程P：絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)任意弧度時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移基本導(dǎo)程P0：絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)2π弧度時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移接觸角β:法向剖面內(nèi)，滾珠球心與滾道接觸點(diǎn)連線和螺紋軸線垂直線間的夾角。第95頁/共145頁961）國(guó)產(chǎn)的滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)類型代號(hào)6、滾珠絲杠副螺母副的代號(hào)、精度等級(jí)和標(biāo)注第96頁/共145頁972）滾珠絲杠副的精度等級(jí)滾珠絲杠副的精度等級(jí)及其應(yīng)用范圍如下表所示。第97頁/共145頁98各類機(jī)床采用滾珠絲杠副的推薦精度等級(jí)如下表所示。第98頁/共145頁993）滾珠絲杠副的標(biāo)注滾珠絲杠副的標(biāo)注方法采用漢語拼音字母、數(shù)字及漢字結(jié)合標(biāo)注法，如圖所示。第99頁/共145頁100例如:WD3005－3.5×1／B左一800×1000它表示外循環(huán)墊片調(diào)隙式的雙螺母滾珠絲杠副，名義直徑為30mm，螺距為5mm，一個(gè)螺母循環(huán)3.5圈，單列，B級(jí)精度，左旋，絲杠的螺紋部分長(zhǎng)度為800mm，絲杠的總長(zhǎng)度為1000mm。第100頁/共145頁1014.4.5滾珠絲杠螺母副與電機(jī)的聯(lián)結(jié)⒈聯(lián)軸器直接聯(lián)接優(yōu)點(diǎn)：具有最大的扭轉(zhuǎn)剛度；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)本身無間隙，傳動(dòng)精度高；而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、調(diào)整方便。在大、中型機(jī)床上使用，難以發(fā)揮伺服電動(dòng)機(jī)高速、低轉(zhuǎn)矩的特性；通常適用于輸出扭矩要求在15NM~40NM左右的中、小型機(jī)床或高速加工機(jī)床。第101頁/共145頁102撓性聯(lián)軸器：能補(bǔ)償因同軸度及垂直度誤差引起的“干涉”現(xiàn)象。第102頁/共145頁103⒉通過齒輪聯(lián)接第103頁/共145頁104⒊通過同步齒形帶聯(lián)接

具有帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的共同優(yōu)點(diǎn)，與齒輪傳動(dòng)相比它結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，制造成本更低，安裝調(diào)整更方便。并且傳動(dòng)不打滑、不需要大的張緊力；傳動(dòng)效率可以達(dá)到98~99.5%，最高線速度可以達(dá)到80m/s，故廣泛用于一般數(shù)控機(jī)床和高速、高精度的數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)。第104頁/共145頁105齒輪傳動(dòng)間隙的消除措施反向進(jìn)給時(shí)，輪齒側(cè)隙會(huì)使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的反向滯后于指令信號(hào)，從而影響其驅(qū)動(dòng)精度。（1）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整1、偏心軸套調(diào)整法。電動(dòng)機(jī)1通過偏心軸套2裝到殼體上。改變偏心軸套的轉(zhuǎn)角，可調(diào)整兩嚙合齒輪的中心距，從而消除圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時(shí)的齒側(cè)隙。第105頁/共145頁1062、錐度齒輪調(diào)整法。

在加工齒輪1和2時(shí)，將假想的分度圓柱面改變成帶有小錐度的圓錐面，使其齒厚在齒輪的軸向稍有變化。裝配時(shí)只要改變墊片3的厚度就能調(diào)整兩個(gè)齒輪的軸向相對(duì)位置，從而消除齒側(cè)間隙。

上述兩種方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，傳動(dòng)剛度好，能傳遞較大的動(dòng)力，但齒輪磨損后齒側(cè)間隙不能自動(dòng)補(bǔ)償（剛性調(diào)整法），因此加工時(shí)對(duì)齒輪的齒厚及齒距公差要求較嚴(yán)，否則傳動(dòng)的靈活性將受到影響。第106頁/共145頁1073．雙齒輪錯(cuò)齒調(diào)整

每個(gè)薄片齒輪上分別開有周向圓弧槽，并在齒輪1、2的槽內(nèi)壓有裝彈簧的短圓柱3，由于彈簧4的作用使齒輪1、2錯(cuò)位，分別與寬齒輪的齒槽左右側(cè)貼緊，消除了齒側(cè)間隙。第107頁/共145頁108（2）斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)間隙的消除1、墊片調(diào)整斜齒輪1和2間加厚度為t的墊片。用螺母擰緊，使兩齒輪1和2的螺旋線產(chǎn)生錯(cuò)位，其后兩齒面分別與寬齒輪4的齒面貼緊消除間隙。墊片3的厚度和齒側(cè)間隙⊿的關(guān)系可由下式算出：

t＝⊿cotβ式中β--斜齒輪的螺旋角；⊿--齒側(cè)間隙；t--增加墊片的厚度。第108頁/共145頁1092．軸向壓簧調(diào)整如圖所示，斜齒輪1和2用鍵滑套在軸上，相互間無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。斜齒輪1和2同時(shí)與寬齒輪5嚙合，螺母3調(diào)節(jié)蝶形彈簧4，使齒輪1和2的齒側(cè)分別貼緊寬齒輪5的齒槽左右兩側(cè)，消除了間隙。彈簧壓力的調(diào)整大小應(yīng)適當(dāng)，壓力過小則起不到消隙的作用，壓力過大會(huì)使齒輪磨損加快，縮短使用壽命。齒輪內(nèi)孔應(yīng)有較長(zhǎng)的導(dǎo)向長(zhǎng)度，因而軸向尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊，優(yōu)點(diǎn)是可以自動(dòng)補(bǔ)償間隙。

第109頁/共145頁110（3）錐齒輪傳動(dòng)間隙的消除1、周向壓簧調(diào)整如圖所示,將大錐齒輪加工成1和2兩部分，齒輪的外圈1開有三個(gè)圓弧槽8，內(nèi)圈2的端面帶有三個(gè)凸爪4，套裝在圓弧槽內(nèi)。

彈簧6的兩端分別頂在凸爪4和鑲塊7上，使內(nèi)外齒圈1、2的錐齒錯(cuò)位與小錐齒輪嚙合達(dá)到消除間隙的作用。螺釘5將內(nèi)外齒圈相對(duì)固定是為了安裝方便，安裝完畢后即刻卸去。第110頁/共145頁1112.軸向壓簧調(diào)整如圖所示，錐輪1、2相互嚙合。

在錐齒輪1的軸5上裝有壓簧3，用螺母4調(diào)整壓簧3的彈力。錐齒輪1在彈力作用下沿軸向移動(dòng)，可消除錐齒輪1和2的間隙。

第111頁/共145頁1124.5數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌4.5.1數(shù)控機(jī)床對(duì)導(dǎo)軌的基本要求導(dǎo)軌的作用概括地說是對(duì)運(yùn)動(dòng)部件起導(dǎo)向和支承作用數(shù)控機(jī)床對(duì)導(dǎo)軌的主要要求如下：⒈導(dǎo)向精度高⒉精度保持性好⒊足夠的剛度⒋良好的摩擦特性按接觸面的摩擦性質(zhì)滑動(dòng)導(dǎo)軌滾動(dòng)導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌第112頁/共145頁113

在矩形和三角形導(dǎo)軌中，M面主要起支撐作用，N面是保證直線移動(dòng)精度的導(dǎo)向面，J面是防止運(yùn)動(dòng)部件抬起的壓板面；而在燕尾形導(dǎo)軌中，M面起導(dǎo)向和壓板作用，J面起支撐作用。

(a)矩形導(dǎo)軌；(b)三角形導(dǎo)軌；(c)燕尾槽導(dǎo)軌；(d)圓柱形導(dǎo)軌

⒈滑動(dòng)導(dǎo)軌4.5.2

數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的種類與特點(diǎn)第113頁/共145頁114

滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、剛度好、抗振性高等優(yōu)點(diǎn),在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用廣泛，目前多數(shù)使用金屬對(duì)塑料形式，稱為貼塑導(dǎo)軌或注塑導(dǎo)軌。

注塑導(dǎo)軌：環(huán)氧樹脂為基體，加入二硫化鉬和膠體石墨及鉛粉等混合而成貼塑導(dǎo)軌：聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬、石墨及鉛粉等混合而成特點(diǎn)：塑料導(dǎo)軌剛度好，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差值小，耐磨性好，無爬行，減振性好。軟帶應(yīng)粘貼在機(jī)床導(dǎo)軌到的短導(dǎo)軌面上。第114頁/共145頁115鑲粘塑料導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意圖第115頁/共145頁116鑲粘塑料導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意圖第116頁/共145頁1172.滾動(dòng)導(dǎo)軌

滾動(dòng)導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌面之間放置滾珠、滾柱、滾針等滾動(dòng)體,使導(dǎo)軌面之間的滑動(dòng)摩擦變成為滾動(dòng)摩擦。滾動(dòng)導(dǎo)軌與滑動(dòng)導(dǎo)軌相比的優(yōu)點(diǎn)是:①靈敏度高,且其動(dòng)摩擦與靜摩擦系數(shù)相差甚微,因而運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),低速移動(dòng)時(shí),不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。②定位精度高,重復(fù)定位精度可達(dá)0.2μm。③摩擦阻力小,移動(dòng)輕便,磨損小,精度保持性好,壽命長(zhǎng)。但滾動(dòng)導(dǎo)軌的抗振性較差,對(duì)防護(hù)要求較高。第117頁/共145頁118⒊靜壓導(dǎo)軌

在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌面間通以壓力油，將運(yùn)動(dòng)件浮起，使導(dǎo)軌面間處于純液體摩擦狀態(tài)。導(dǎo)軌不會(huì)磨損，精度保持性好，壽命長(zhǎng)，而且導(dǎo)軌摩擦系數(shù)極小(約為0.0005)，功率消耗少。油膜承載能力大，剛度高，吸振性好，導(dǎo)軌運(yùn)行平穩(wěn)，既無爬行，也不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。

靜壓導(dǎo)軌較多應(yīng)用在大型、重型數(shù)控機(jī)床上。

第118頁/共145頁119優(yōu)點(diǎn)：1、純液體摩擦，工作時(shí)摩擦系數(shù)極低（f=0.0005）；

2、導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)不受負(fù)載和速度的限制，且低速時(shí)移動(dòng)均勻，無爬行現(xiàn)象；

3、由于液體具有吸振作用，因而導(dǎo)軌的抗振性好；

4、承載能力大、剛性好；

5、摩擦發(fā)熱小，導(dǎo)軌溫升小。缺點(diǎn)：1、液體靜壓導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多了一套液壓系統(tǒng)；

2、成本高；

3、油膜厚度難以保持恒定不變。使用范圍：液體靜壓導(dǎo)軌主要用于大型、重型數(shù)控機(jī)床上。第119頁/共145頁1204.5.3滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)原理與特點(diǎn)⒈滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)原理第120頁/共145頁1212.滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)（1）動(dòng)、靜摩擦力之差很小，靈敏性極好（2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率大幅度下降（3）適合于高速、高精度加工的機(jī)床（4）可以實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動(dòng)，提高進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度。（5）滾動(dòng)導(dǎo)軌成對(duì)使用時(shí)，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成本與難度。（6）導(dǎo)軌副的接觸應(yīng)力小，承載能力大大提高。（7）導(dǎo)軌采用表面硬化處理工藝，具有良好的可校性。（8）滾動(dòng)導(dǎo)軌對(duì)安裝面的要求較低，簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，降低了機(jī)床加工、制造成本。第121頁/共145頁1224.5.4

滾動(dòng)導(dǎo)軌的安裝與使用⒈滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的安裝第122頁/共145頁123滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的安裝第123頁/共145頁124滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的安裝第124頁/共145頁1252.滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的防護(hù)與潤(rùn)滑

使用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副時(shí),應(yīng)注意工作環(huán)境與裝配過程中的清潔,不能有鐵屑、雜質(zhì)、灰塵等粘附在導(dǎo)軌副上。若在工作環(huán)境有灰塵時(shí),除利用導(dǎo)軌本身的密封外,還應(yīng)考慮增加防塵裝置。良好的潤(rùn)滑可以減少摩擦和磨損,防止導(dǎo)軌因發(fā)熱過大而破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu),影響導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)功能。當(dāng)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)速度為高速時(shí)(v≥151m/min)，通常使用N32潤(rùn)滑油潤(rùn)滑；低速